摘要:RFID射频识别技术是通过射频的手段识别物体的身份、特性等信息，现被称为影响未来的10大IT项目之一。它可广泛地应用于工业自动化、商业自动化、交通管理、汽车 火车等交通监控、高速公路自动收费系统、停车场管理系统、物品管理、安全出入检查、物流 仓储管理、动物管理、车辆防盗、医疗与防伪等各行各业。
文/雷玉堂
RFID射频识别技术是通过射频的手段识别物体的身份、特性等信息，现被称为影响未来的10大IT项目之一。它可广泛地应用于工业自动化、商业自动化、交通管理、汽车/火车等交通监控、高速公路自动收费系统、停车场管理系统、物品管理、安全出入检查、物流/仓储管理、动物管理、车辆防盗、医疗与防伪等各行各业。
一、RFID系统的组成及工作原理
RFID是英文“RadioFrequencyIdentification”的缩写，中文则称为无线射频身份识别，是近几年发展起来的一项
新的自动识别技术。现有的识别技术，如IC卡、红外线编码识别以及指纹特征识别技术只能实现简单的个人身份认证，如人员考勤等，而无法很好地解决对多个移动的物体和人员进行快速识别和跟踪。而RFID是射频技术和IC卡技术有机结合的产物，它解决了无源（卡中无电源）和免接触这两大难题，因而可实现多目标识别、运动目标识别，并可应用在更多更广泛的场合，所以是今后发展的一个重点。
最基本的RFID系统由射频卡或电子标签（Tag）、阅读器（Reader）、微型天线（Antenna）等三部分组成，其工作原理框图如图1所示。阅读器通过天线发送一定频率(射频)的电磁波，这个电磁波以一个球形波向前传播。由于标签或卡片内有一个LC谐振电路，其频率与阅读器发射的频率相同。当射频卡或附着在物体上的标签进入阅读器天线的工作区域时，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容贮存了电荷。当所积累的电荷达到约2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，并将卡内数据从天线发射出去或接取阅读器的数据。当阅读器接收到从射频卡发送来的数据信号后，便对接收的信号进行解调和解码，并进行错误校验来决定数据的有效性。然后，通过RS232、RS422、RS485或无线方式将数据传送到后台主计算去进行相关处理，并针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
RFID系统在实际应用中，电子标签是附着在待识物体的表面的，而电子标签中保存有约定格式的电子数据。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。
图1RFID系统的工作原理
二、RFID技术在公交智能交通管理系统中的应用
公交车作为人们日常出行的重要交通工具之一，关系到相对多数人的利益。运用先进的无线射频识别（RFID）技术，可以大幅度提高公交企业的管理和运营效率，具有较好的经济和社会效益。在满足乘客与公交线路调度管理者不同需求的同时，又能够帮助政府决策部门实现对公交车整体运行状况的有效管理和总体规划，从而推动城市公交服务系统为居民日常生活带来更多便利。
1、用于公交车辆跟踪
RFID技术的无线识别功能运用到公交车辆的跟踪上，可以采集道路交通中公交车辆位置信息，也可有效地获取交通流量等其他交通数据。它是由信息采集网络、标识装置（标识卡）以及指挥中心组成。系统的原理是由安装在已知地点的识别装置通过无线读取数据的方式对经过该地点的车辆所配备的标识装置进行识别，由分布在不同地点的识别装置构成数据采集网络，通过计算机的分析处理，实现对运动中的公交车辆进行识别定位。
当采集点的分布达到一定的密度时，采集网络可以有效的覆盖一定区域内的交通道路。通过对持卡车辆在不同时刻通过不同采集点的数据的分析，就可以掌握车辆的运动轨迹、运动速度和最近位置。
指挥中心的计算机系统对采集到的数据进行进一步的分析，还可以获得车辆平均速度、交通流速等其他有关交通信息，为智能化交通管理提供支持。同时也为政府交通管理部门对道路交通的规划提供参考。RFID公交车辆跟踪系统可具体实现以下的应用功能：
（1）便于公交调度管理
使用该系统可实时监控掌握整条线路所有在途车辆的运营情况，并及时迅速地针对不同的突发状况作出反应，从而保证了公交服务的稳定性。
当公交车辆遇到堵车情况时，调度管理中心可通过联网电脑及时得知情况，并通过网络定位迅速判断出车辆所在的路段，在尽可能短的反应时间内，将相关路况信息提供给后续会经过该路段的其他车次，并及时采取相应的调度措施。
（2）便于城市交通规划
系统通过对各个线路的数据收集，交通管理部门工作人员便拥有了真正的可视化监督管理工具，并能够比较全面而客观地反映出当前城市公共交通存在的各种问题，从而促使其加大力度进行维护和改善。无论是当天实时的交通信息，还是一个阶段积累后所获得的历史数据，都可成为城市各条线路运营质量评估的参考依据与评价标准。对于运营状况不佳的，可及时加以整改，调整线路或停止运行；对交通不方便的路段增加基础设施建设或整修道路。此外，交通管理部门可综合各条线路的运营状况，整体评估城市公共交通的现状，为公共交通问题的进一步发展与改善，提供交通规划的思路。
（3）便于站点信息显示
系统通过对公交车辆的识别定位和数据网络的传送，能够向乘客实时显示该条公交线路的运行情况，以及下一趟车辆的离到站的情况，使乘客有更多的“知情权”，从而为等车做到心中有数。
（4）便于公交车辆养护
系统通过对每辆车在一阶段内行驶的路程长度和平均速度的统计，可使公交管理者能够合理安排行驶路程过长的车辆进行维修保养，从而使交通工具资源，得到最大效益的利用。
2、用于公交优先信号灯的管理
快速公交系统（BRT）具有轨道交通大容量和快速服务的特征，又具有公共交通的灵活性和经济性，是适合中国城市的新型公共交通方式，尤其是尚未建立轨道交通系统的人口密集的大中型城市。
RFID公交系统的核心要素在于，不仅要使公交车辆拥有自己的专用道，更要保障公交车辆在路口享有的优先通过权，从而减少公交车通过信号灯的时间，提高公交车辆的通行效率。配有RFID识别设备的公交车，通过车载的远距离RFID标识卡发射信号，能让交通信号灯控制系统在车辆驶近路口时精确识别出车辆的身份及公交车的数量，并根据规则确定合理的绿灯开放时间，从而避免产生红、绿灯频繁切换的问题。根据预先设定的规则程序，信号灯控制系统将自动调整绿灯的开放时间及长度。
RFID公交优先信号灯管理系统可以准确判断来车身份，使绿灯在公交到达路口或到达路口后等候不长的时间内开启，从而保证公交车的优先通过，又最小程度减轻对其他车辆的影响。而其他车辆，即使违章行驶在公交专用道上，也无法享受绿灯优先开放的权利，为交管部门提供了很好的自动化交通管理的手段。
当有国宾接待等特殊任务时，只要配发了标识卡，相关车辆也可以享受一路绿灯的便利。
3、用于公交停车场、加油站的智能化管理
公交车停车场出入口的读卡设备，可在每辆公交车进出的同时自动读取相关信息，使停车场的管理人员能够即时了解，停车场整体的运行情况，当前容纳的公交车数量的多少及进出车辆的相关信息等。若在停车场内部的几块停车区域内分别设置有读卡设备，便可通过读到的数据，判断当前该区域停车的数量等，是停车场整体规划管理的有效数据来源。
同样，RFID识别技术还可为加油站实现公交车加油的规划管理。当公交车驶入加油站时，加油站配置的读卡设备可自动识别公交车上标识卡中的相关信息，从而将汽油费用自动从账户中扣除，并将加油的时间、数量等数据自动更新存档。
4、用于车辆中途考勤管理
当携带车载标签的车辆经过设有RFID识别设备的站点，车辆上车载标签发送每一辆车辆对应的唯一的标识码。车站上的识别设备将自动记录下此表示车辆唯一号码的标识码和此刻的具体时间，通过数据网络发送到相应的计算机，并保存至相应的数据库中。
系统将按照上述原理自动对每辆公交车辆进行经过相应站点的时间考勤，并且能够统计出车辆每天的运行情况。这样，当天的考勤情况，可以帮助车队管理者及时了解整条线路的运营情况，以调度车辆来提供整条线路高质量乘运服务。而且，一段时间的历史数据积累，可以帮助管理者方便地对驾驶员进行绩效考评，从而避免了人为的误差，减轻了劳动强度，增加了准确率。
值得提出注意的是，车队仅在需要考勤的站点上才设置RFID识别设备，如起始站、终点站和途中个别特定的站点，不需要在所有站点都架设识别设备，从而可大幅度地降低成本。
三、RFID技术在交通运输领域中的应用
射频识别技术在交通运输领域的主要应用有：高速公路的自动收费及交通管理、火车和货运集装箱的识别、防伪等。
1、用于交通管理及高速公路不停车自动收费
在城市交通方面，实行现代化的交通管理，加强交通的指挥、疏导、控制、提高道路的利用率、深挖现有交通潜能是非常重要的。而利用RFID技术的交通管理系统可实现自动查处违章车辆、记录车辆违章等情况，并可解决高速公路收费存在的问题。其问题是：（1）在收费站口，许多车辆要停车排队，因而成为交通瓶颈；（2）少数不法收费员可贪污路费，使国家损失了相当的财政收入。
因此，将RFID技术应用在高速公路的收费上，能够充分体现它非接触的优势，让车辆通过收费站时不停车，并高速通过而完成自动收费。显然，这样就解决了目前高速公路收费存在的上述的二个问题。
实际上，RFID不停车收费系统，是一种电子不停车收费系统（ElectronicTollCollection,简称ETC），它主要由收费车道、收费站管理系统、管理中心、专业银行及传输网络组成。该系统是利用射频技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图像识别技术等高新技术的设备和软件（包括管理）所组成的先进系统，从而实现车辆无需停车即可自动收取道路通行费用。
当汽车通过路边车道设备控制系统的信号发射与接收装置（路边读写设备简称RSE，即阅读器）时，经天线，能识别放在汽车前玻璃上的射频卡或标签内特有的编码、车牌号，从而可判别车型、计算通行费用，并自动从车辆用户的专用帐户中扣除通行费。对未安装电子标签或标签无效的车辆，则视作违章车辆，并立即自动实施图像抓拍和识别，以传送交警部门处理。
2、用于火车和货运集装箱的识别
对于火车的运营，使用RFID系统也具有很大的优势。因为火车是按铁轨既定路线运行的，这样就肯定要通过己设定的读写器的地点。一般，电子标签（射频卡）安在车厢顶边，而读写器又安装在铁路沿线，因而通过读写器读到的数据，就可以得到火车的实时信息及车厢内装的物品等信息。尤其可得到火车的身份、并监控火车的完整性，以防止遗漏在铁轨上的车厢，避免发生撞车事故。同时，也可通过RFID技术，能在车站将车厢重新编组等。
此外，RFID技术还可用于水路运输，即港口船只、航道设施设备等的日常管理。
四、RFID技术在稽查系统及车辆、船只证照管理中的应用
RFID技术可用于对车辆的稽查系统及车辆、船只的证照管理中。
1、用于稽查系统
（1）移动式稽查系统
当车辆完成了养路费（营运证）的交费（申请）时，交通管理部门就在发放的电子养路费费单（电子营运证），电子费单（电子营运证）中记录了车牌号、养路费到期时间（车牌号、营运类行、到期时间）等信息，以方便稽查部门进行稽查。移动式稽查系统是指将读写器安装在稽查车辆内，可对单方向行驶时速在100km/h的车辆进行稽查。它无需对所有车辆进行停车检查，只需对可疑车辆进行相关复查与处理，这能大大提高稽查效率，减少交通压力。同时，系统可记录相关稽查人员的信息，并实时传回数据中心。这种移动式稽查点，管理部门可灵活地在想设点稽查的地方，进行稽查活动。
（2）固定式稽查系统
固定式稽查系统是安装在某一路段或出城点的稽查设备，它由门式天线、读写器与管理软件组成。对于通过门式天线的车辆，能进行自动稽查。如发现是可疑车辆，就进行复查与处理；对于正常的已缴费的手续齐备的车辆，可直接放行。这种固定式稽查点，可24小时不间段地稽查，同时无需增加稽查人员，也不会影响车辆的通行。
2、用于车辆、船只证照管理
车辆、船只证照管理，是对车辆、船只以及人员的各类证照进行管理，包括车辆、船只经营许可证、车辆行驶证、船只航运证、上岗证等。
对车辆、船只以及从业人员的管理，主要是检查从业人员的合法性、记录从业人员的违规行为和对违规行为的处理情况。
从业人员使用的RFID芯片的封装形式可以根据用户的需要定制，可以做成传统卡片式证照，也可以是钥匙扣等形式的个性化证照。驾驶人员合法性、违规行为等信息分别记录在芯片对应的数据区。公路稽查人员可使用车载式RFID读写器进行合法性的确认和进行违规行为的录入。也可使用车载式RFID读写器并通过无线网络同数据中心进行实时信息交互以求信息的进一步确认。
五、RFID在使用过程中应注意的问题
1、要注意RFID频率和标签封装与读写设备的选择
值得提出注意的是，不是一种RFID频率等技术参数，可适应所有的应用场合。实际上，不同的应用场合，RFID技术的参数会有明显的差异。如对于读写速度快、读写距离远的场合（如不停车收费），需选用超高频和微波频段的标签及相应的读写器。但是，这种超高频的标签对人的身份识别却又不实用。因为超高频RFID读写，由于人体对波的吸收，使得贴近人体的标签无法规整读写器的发射的能量，所以标签芯片就无法正常工作。因此，对人的识别，则适合选用高频（如13.56MHz或915MHz）的标签。
2、要注意系统的安全性，在标签中不需再记载与用户有关的任何信息
在电子标签中，已被锁定的不可篡改的全球惟一的ID码来索引收费中心的数据，以获得车主的有关资料。因此，标签中不需再记载与用户有关的任何信息，使保密性及信息安全性很高，资金账户的安全性也很好，从而利于多用户共享电子标签，有极好的互操作性。
由于利用每个标签中的已加锁ID号惟一性的特点（一旦加锁，就不能解锁），就最有效而且最高效地保证了信息的安全性。因而不必理会电子标签中关于用户数据区的内容，也不必对标签中的数据进行DES加密以保证信息安全性。因为将一个不能修改的、惟一ID号的用户账户和用户个人信息，全部储存在ETC结算中心才是最安全的。
3、要注意915MHz频段标签与移动通信之间的干扰
推广使用的915MHz这种基于ISO/18000-6及美国T-6标准生产的产品，曾在我国授权的电磁试验室进行全面的测试，其结果满足国家关于电磁兼容性试验规范中辐射干扰试验标准GB6833.10-87以及电磁辐射防护规定GB8702-88的要求。前者是验证本产品是否会对同频段的其他电子产品造成干扰，后者是本系统能忍受同频段其他电子产品干扰的能力。其结果都通过检验测试，而且还留有余量。
GSM频段中的890-915MHz频段是用于手提电话发射、基站接收的频段。而935-960MHz频段则是用于手提电话接收、基站发射的频段。选择915.5MHz至934.5MHz频段，是处于GSM通信频段以外的“窗口”，保证与GSM频段互不重叠，这就在满足上述两个电磁兼容性国家标准的基础上（进行电磁兼容试验时是假定与其他电子设备的频率相同的条件下进行的）通过频率隔离进一步提高了干扰的防护度。
我们知道，对工作在固定频率的非扩频体制的系统而言，设备受干扰的严重程度与接收机的噪声带宽成正比，当信息数据率越低、占用带宽也越低，系统抗干扰的能力也越强。
实际用于ETCRFID系统的天线最好采用顶装方式，其波束的指向朝着地面，能够对其他设备形成干扰的辐射方向只能有副瓣的存在。这样，又能进一步改善系统的电磁兼容性。
4、要注意环境对RFID使用的影响
（1）注意环境温度的影响
由于RFID芯片使用的是硅材料与金属材料制造，因此能在-20-70摄氏度之间有效工作，因而一般情况下不会影响RFID的正常工作。
（2）注意空气湿度的影响
由于RFID采用微波技术，对空气湿度有一定的要求。其原因是水吸收微波能量造成衰减使读写距离下降，尤其在雾天与雨雪天影响明显，其读写距离可下降50%以上。解决方法是将长距离读写器输出功率从1W增加至1.5W以减小影响。但在雾天与雨雪天还是应减少使用，特别是使用移动式读写方式的应用，更应减少或者不用，否则读写距离下降。
（3）注意金属附着的影响
金属对微波能量的吸收相当高，这样可造成读写距离下降甚至无法识别。目前解决的方式主要通过芯片封装技术解决这一问题，虽然封装技术能解决金属吸收微波能量的问题，但每片芯片的成本将增加80%以上。因此在实际使用中，需长距离读写的尽量避免附着在金属表面。
六、结束语
由上看出，自动识别RFID技术在交通领域中的应用很广，随着科学技术的发展，RFID技术的普及与其设备成本的降低，RFID技术的应用将更加广泛。
